CN117092068A - 一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其属于磁悬浮分子泵测试领域，其技术要点在于：S1，流量计及气载微调阀关闭，前级泵系统启动；S2，磁悬浮分子泵开始运行后，流量计及气载微调阀也开始启动：调整流量计及气载微调阀，对磁悬浮分子泵给予一定的气压负载，控制涡轮的温度在130℃；S3，磁悬浮分子泵在步骤S2的状态下持续工作至少240h后，测试结束；在测试时间内通过漫反射光电传感器组件监测胶水是否软化溢出。采用本申请的技术方案，能够方便的对涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效进行测定。
Description
技术领域
本申请涉及磁悬浮分子泵测试领域，更具体地说，尤其涉及一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法。
背景技术
CXF250/2301CV为一种半导体行业专用高速磁悬浮分子泵（参见：http://www.kyky.com.cn/Upload/File/202207/20220713173606_4968.pdf），其额定转速可达27000转/分，其作为处于高温状态的半导体离子注入的真空腔体，半导体离子的温度最高可达400℃。在CXF250/2301CV型磁悬浮分子泵用于半导体行业时，转子温度可达120-130℃。
对于磁悬浮分子泵而言，碳纤维筒与涡轮之间会采用胶水粘结。当前常规磁悬浮分子泵所选用的胶水适用温度范围是-30℃-160℃，其可靠性测试在静态过程中测试需要满足以下指标：常温下环氧树脂的剪切力＞13Mpa；160℃环氧树脂的邵氏硬度≥20HD。
CXF250/2301CV型磁悬浮分子泵正常运转时，其内部处于超高真空（气压≤1×10- 5pa），在施加气载后，加之客户腔体环境温度较高，进而造成泵体内部转子高温，胶水会出现软化溢出，甚至碳纤维筒与涡轮剥离的情况。
因此，研发一种磁悬浮分子泵涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法对于相关企业而言，具有重要的价值。
发明内容
本申请的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法。
本申请的技术方案如下：
一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其采用测试工装来对磁悬浮分子泵的涡轮与碳纤维筒粘接胶水进行动态失效测试，包括以下步骤：
所述测试工装包括：加热系统、前级泵系统、漫反射光电传感器组件；前级泵系统包括：前级泵和连接管，所述前级泵与磁悬浮分子泵通过连接管连通；所述加热系统包括：泵口盖板、三通接头、真空计、流量计及气载微调阀、温度传感器；泵口盖板固定在磁悬浮分子泵泵口上，其与磁悬浮分子泵的外壳连接；在泵口盖板上连接有三通接头以及温度传感器；三通接头的一端与泵口盖板固定且与磁悬浮分子泵的泵口连通，另两端分别连接有真空计、流量计及气载微调阀；所述温度传感器用于监测涡轮表面温度；所述真空计用于测量泵口的真空度；所述漫反射光电传感器组件用于检测涡轮与碳纤维筒表面是否有胶水溢出，及是否发生剥离；
S1，流量计及气载微调阀关闭，前级泵系统启动：
S2，磁悬浮分子泵开始运行后，流量计及气载微调阀也开始启动：调整流量计及气载微调阀，对磁悬浮分子泵给予一定的气压负载，控制涡轮的温度在130℃；
S3，磁悬浮分子泵在步骤S2的状态下持续工作至少240h后，测试结束；在测试时间内通过漫反射光电传感器组件监测胶水是否软化溢出。
进一步，所述测试工装还包括测试平台，所述磁悬浮分子泵放置在测试平台上，以保证磁悬浮分子泵测试时保持水平。
进一步，所述测试工装还包括：控制系统；所述控制系统包括相互连接的上位机和控制器；漫反射光电传感器组件、前级泵、磁悬浮分子泵、真空计、流量计及气载微调阀、温度传感器均与控制器双向连接。
进一步，所述步骤S2的磁悬浮分子泵运行的条件是：前级泵对磁悬浮分子泵抽真空，待真空计测量的结果达到启动压强后，磁悬浮分子泵启动。
进一步，所述启动压强为10Pa。
进一步，所述漫反射光电传感器组件包括2个光电传感器；每个所述光电传感器均包括1个光束发射器和1个接收器；2个所述光电传感器翻转180°放置；即一个光电传感器的发射器正对涡轮表面，另一个光电传感器的发射器正对碳纤维筒表面。
本申请的有益效果在于：
（1）本申请首次提出了“涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定”的技术问题。现有技术对于胶水的评价是在正常气温和正常大气压下给出的指标，对于如CXF250/2301CV这样的磁悬浮分子泵应用环境而言，就需要直观的测试其表现。
（2）本申请的第二个发明点在于：首次提出了“涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定”的环境要求和硬件配套：
2.1，测试过程中，需先将泵体内部压强抽至低于1×10-5pa，通过流量计调节气载微调阀开度大小，向泵体内部持续增加气载，最大气载量约为1000SCCM，以此模拟半导体离子注入腔体内部磁悬浮分子泵的工作温度，此时分子泵内运行环境温度最高可达130℃。
与上述环境要求对应的测试工装设计是：“所述加热系统包括：泵口盖板、三通接头、真空计、流量计及气载微调阀、温度传感器；泵口盖板固定在磁悬浮分子泵泵口上，其与磁悬浮分子泵的外壳连接；在泵口盖板上连接有三通接头以及温度传感器；三通接头的一端与泵口盖板固定且与磁悬浮分子泵的泵口连通，另两端分别连接有真空计、流量计及气载微调阀；所述温度传感器用于监测涡轮表面温度；所述真空计用于测量泵口的真空度”。
2.2，加热系统和漫反射光电传感器组件的配合设计。
当光电传感器所测反射光的波长不发生变化时表明：胶水未溢出；
当光电传感器所测反射光的波长发生突变时表明：胶水此时因高温发生软化溢出。
（3）本申请的第三个发明点在于：测试工装通过漫反射光电传感器组件识别实现胶水失效状态的判定，全程无需进行泵体的反复拆卸观察。针对合格的磁悬浮分子泵，只需拆去测试工装，将分子泵流转至下部工序即可。测试过程自动化程度高，且测试数据及图像可以自动保存至上位机。测试过程避免了涡轮转子拆卸和人为观测，不存在造成操作人员身体划破、割伤等安全隐患。测试过程无需拆装关键零部件，极大程度地降低了对泵体零部件的损坏。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本申请作进一步的详细说明，但并不构成对本申请的任何限制。
图1是本申请的一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效测试工装的三维设计示意图。
图2是本申请的漫反射光电传感器组件的设计示意图。
图3是图2的A部的示意图。
图4是本申请的方法流程图。
图5是漫反射光电传感器组件的2个光电传感器的设计示意图。
附图标记如下：
磁悬浮分子泵100、涡轮101、粘结缝隙102、碳纤维筒103；
控制系统200、上位机201、控制器202；
加热系统300、泵口盖板301、三通接头302、真空计303、流量计及气载微调阀304、温度传感器305；
测试平台400；
前级泵系统500、前级泵501、连接管502；
漫反射光电传感器组件600、光束发射器601、接收器602。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
<测试方法的基础工艺>
针对磁悬浮分子泵的胶水动态失效，提出如下测试方法：
步骤1：CXF250/2301CV磁悬浮分子泵在动态失效测试前，进行涡轮和碳纤维筒表面状况和水平四角度照片拍摄记录，用作磁悬浮分子泵运行后涡轮和碳纤维筒表面状况的对比参照。安装隔离环、静片及泵壳，将泵固定至测试平台，连接相关测试仪器仪表。
步骤2：测试过程中，需先将泵体内部压强抽至低于1×10-5pa，通过流量计调节气载微调阀开度大小，向泵体内部持续增加气载，最大气载量约为1000SCCM，以此模拟半导体离子注入腔体内部磁悬浮分子泵的工作温度，此时分子泵内运行环境温度最高可达130℃。
步骤3、磁悬浮分子泵在步骤2的状态下持续工作至少240h后，记录磁悬浮分子泵运行时的最高温度，将分子泵移出测试平台，依次拆卸泵壳、静片和隔离环，取出转子部分。
步骤4、分别记录涡轮和碳纤维筒表面状况并拍摄粘接处水平四角度照片，与测试前的表面状态、涡轮碳纤维筒粘接间隙进行比对，由此判断胶水在此过程中是否出现软化溢出，碳纤维筒与涡轮剥离的失效行为。
判别标准：
涡轮及碳纤维筒表面是否出现明显的胶水附着；
涡轮及碳纤维筒粘接处间隙是否明显增大。
上述基础工艺属于半人工-半自动化测量，即在测量环境采用设备来运行，在测量时还需要人工拆卸。因此，上述基础工艺存在以下缺陷：
（1）胶水动态失效时的时间无法测定，因为无法对涡轮与碳纤维筒的粘接情况进行监控；
（2）效率低，观察胶水出现软化溢出，碳纤维筒与涡轮剥离的现象，仅可在泵体运转停止后将转子拆除取出，工作量较大；
（3）存在安全隐患，涡轮表面十分锋利，拆装过程的增加易造成操作人员身体划破、割伤等安全问题；
（4）可能会造成泵体零部件损坏，磁悬浮分子泵内部零件精密程度高，频繁拆装泵体零件，可能会影响零件的配合关系，也可能造成零部件的损坏。
基于上述问题，下述提出一种全自动化测量方法。
<实施例一：一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法>
<测试工装硬件设计>
结合图1-图3所示，一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定工装，其用于对待检测的磁悬浮分子泵100的涡轮与碳纤维筒粘接胶水进行测定，包括：
（1）控制系统200，其包括：上位机201、控制器202；控制器202用于测试仪器和仪表数据的采集与监控，并将数据上传给上位机201，采用TCP/IP与上位机201通讯；上位机201用于数据的采集与监控，记录相关数据保存至本地；
（2）加热系统300，其包括：泵口盖板301、三通接头302、真空计303、流量计及气载微调阀304、温度传感器305；
泵口盖板301固定在磁悬浮分子泵泵口上，其与磁悬浮分子泵100的外壳连接；泵口盖板301用于压紧与分子泵间的密封胶条，保证气密性；
在泵口盖板301上连接有三通接头302以及温度传感器305；三通接头302的一端与泵口盖板301固定且与磁悬浮分子泵的泵口连通，另两端分别连接有真空计303、流量计及气载微调阀304；
所述温度传感器305用于监测涡轮表面温度；
所述流量计及气载微调阀304：给定磁悬浮分子泵标准负载，稳定气载流量，用于增加涡轮与大气摩擦，使涡轮升温；
所述真空计303用于测量泵口的真空度；
（3）测试平台400，所述磁悬浮分子泵100放置在测试平台100上，以保证磁悬浮分子泵测试时保持水平。
（4）前级泵系统500，其包括：前级泵501和连接管502，所述前级泵501与磁悬浮分子泵100通过连接管502连通；
（5）漫反射光电传感器组件600，其用于检测涡轮101与碳纤维筒103表面是否有胶水溢出，及是否发生剥离。
结合图3和图5可知：漫反射光电传感器组件600包括有2个光电传感器，光电传感器中心的位置设定值在转子悬浮状态时的粘接缝隙102正对处，即在转子静止状态下缝隙上方0.15mm处（转子悬浮时存在0.15mm的悬浮位移）。
一个光电传感器有两个探头：一个是光束发射器601，一个是接收器602。两个光电传感器是翻转180°放置，也就是一个光电传感器的发射器正对涡轮表面，另一个光电传感器的发射器正对碳纤维筒表面。
调整光电传感器光束发射器的发射角，使两个传感器发出的光束位置位于粘接缝隙两侧0.2~0.3mm（该尺寸根据前期实验所得，胶水溢出至碳纤维筒与涡轮表面时，胶水宽度一般在2mm以上）。调整发射角时，转子进行低转速转动，同步读取上位机数据，转子完整转动一周，传感器所测波长无明显变化即可。
采用耐高温激光漫反射光电传感器，它可以在与光轴0-25°的范围内改变发射角。发射器向被测物体发出一道光束，光束照在被测物体上，会有不同波长的光被物体吸收，反射回来的光就缺少了某些颜色，接收器检测到缺少的颜色，就可判定被测物体的颜色，并转化成电信号。
基于此，光电传感器的光束发射器601和接收器602分别位于粘接间隙两侧。漫反射光电传感器600可通过模拟量输出（AQ）形式进行信号传输。
涡轮表面为银色，碳纤维筒表面为黑色，胶水为黄色或白色，因此，有如下结论：
当胶水不溢出时，光电传感器所测反射光的波长不会发生变化；
当胶水因高温发生软化溢出时，光电传感器所测反射光的波长会发生突变；
上述作为胶水是否软化溢出的判据。
（6）漫反射光电传感器600、前级泵501、磁悬浮分子泵100、真空计303、流量计及气载微调阀304、温度传感器305均与控制器202双向连接。
<测试方法>
结合附图4所示，一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，包括如下步骤：
S1，流量计及气载微调阀304关闭，前级泵系统500启动：
前级泵501对磁悬浮分子泵抽真空，待真空计测量的结果达到启动压强后，磁悬浮分子泵启动；
S2，磁悬浮分子泵开始运行后，流量计及气载微调阀304也开始启动：
调整流量计及气载微调阀304，对磁悬浮分子泵给与一定的气压负载，控制涡轮的温度在130℃；
S3，磁悬浮分子泵在步骤S2的状态下持续工作至少240h后，测试结束；在测试时间内通过漫反射光电传感器600监测胶水是否软化溢出。
以上所举实施例为本申请的较佳实施方式，仅用来方便说明本申请，并非对本申请作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本申请所提技术特征的范围内，利用本申请所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本申请的技术特征内容，均仍属于本申请技术特征的范围内。
Claims (6)
1.一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其采用测试工装来对磁悬浮分子泵的涡轮与碳纤维筒粘接胶水进行动态失效测试，其特征在于，包括以下步骤：
所述测试工装包括：加热系统、前级泵系统、漫反射光电传感器组件；前级泵系统包括：前级泵和连接管，所述前级泵与磁悬浮分子泵通过连接管连通；所述加热系统包括：泵口盖板、三通接头、真空计、流量计及气载微调阀、温度传感器；泵口盖板固定在磁悬浮分子泵泵口上，其与磁悬浮分子泵的外壳连接；在泵口盖板上连接有三通接头以及温度传感器；三通接头的一端与泵口盖板固定且与磁悬浮分子泵的泵口连通，另两端分别连接有真空计、流量计及气载微调阀；所述温度传感器用于监测涡轮表面温度；所述真空计用于测量泵口的真空度；所述漫反射光电传感器组件用于检测涡轮与碳纤维筒表面是否有胶水溢出，及是否发生剥离；
S1，流量计及气载微调阀关闭，前级泵系统启动：
S2，磁悬浮分子泵开始运行后，流量计及气载微调阀也开始启动：得调整流量计及气载微调阀，对磁悬浮分子泵给予一定的气压负载，控制涡轮的温度在130℃；
S3，磁悬浮分子泵在步骤S2的状态下持续工作至少240h后，测试结束；在测试时间内通过漫反射光电传感器组件监测胶水是否软化溢出。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其特征在于，所述测试工装还包括测试平台，所述磁悬浮分子泵放置在测试平台上，以保证磁悬浮分子泵测试时保持水平。
3.根据权利要求1所述的一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其特征在于，所述测试工装还包括：控制系统；所述控制系统包括相互连接的上位机和控制器；漫反射光电传感器组件、前级泵、磁悬浮分子泵、真空计、流量计及气载微调阀、温度传感器均与控制器双向连接。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其特征在于，所述步骤S2的磁悬浮分子泵运行的条件是：前级泵对磁悬浮分子泵抽真空，待真空计测量的结果达到启动压强后，磁悬浮分子泵启动。
5.根据权利要求4所述的一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其特征在于，所述启动压强为10Pa。
6.根据权利要求1所述的一种涡轮与碳纤维筒粘接胶水动态失效的测定方法，其特征在于，所述漫反射光电传感器组件包括2个光电传感器；每个所述光电传感器均包括1个光束发射器和1个接收器；2个所述光电传感器翻转180°放置；即一个光电传感器的发射器正对涡轮表面，另一个光电传感器的发射器正对碳纤维筒表面。
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| CN116125449A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-05-16 | 上海船舶电子设备研究所(中国船舶集团有限公司第七二六研究所) | 模拟换能器基阵搭载平台的声畸变产生的试验装置及方法 |
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2023
- 2023-10-19 CN CN202311352908.4A patent/CN117092068B/zh active Active
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| CN118003074A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 苏州中科科仪技术发展有限公司 | 一种涡轮与动牵引筒的对中装配装置、方法及应用 |
| CN118003074B (zh) * | 2024-04-10 | 2024-06-07 | 苏州中科科仪技术发展有限公司 | 一种涡轮与动牵引筒的对中装配装置、方法及应用 |
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